Радиоактивность. 
Физика: оптика. 
Элементы атомной и ядерной физики. 
Элементарные частицы

Радиоактивность превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого элемента, сопровождающееся испусканием некоторых частиц.

Естественной радиоактивностью называется радиоактивность, наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов.

Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций.

На рис. 4.1.3 показан классический опыт, позволивший обнаружить сложный состав радиоактивного излучения.

Радиоактивный препарат помещался на дно узкого канала в свинцовом контейнере. Против канала помещалась фотопластинка. На выходившее из канала излучение действовало сильное магнитное поле, перпендикулярное к лучу. Вся установка размещалась в вакууме.

Обычно все типы радиоактивности сопровождаются испусканием гамма-излучения — жесткого, коротковолнового электромагнитного излучения. Гамма-излучение является основной формой уменьшения энергии возбужденных продуктов радиоактивных превращений. Ядро, испытывающее радиоактивный распад, называется материнским; возникающее дочернее ядро, как правило, оказывается возбужденным, и его переход в основное состояние сопровождается испусканием у-фотона.

В табл. 2 приведены основные типы радиоактивности.

Таблица 2.

Рис. 4.1.3

Самопроизвольный распад атомных ядер подчиняется закону ради оакт ивного распада

где Nq — количество ядер в данном объеме вещества в начальный момент времени t = Q; N — число ядер в том же объеме к моменту времени t

X — постоянная распада, имеющая смысл вероятности распада ядра за 1 секунду и равная доле ядер, распадающихся за единицу времени (рис. 4.1.4).

Рис. 4.1.4.

Закон самопроизвольного радиоактивного распада основывается на двух предположениях:

• • постоянная распада не зависит от внешних условий',
• • число ядер, распадающихся за время d/, пропорционально начальному количеству ядер. Эти предположения означают, что радиоактивный распад является статистическим процессом и распад данного ядра — это случайное событие, имеющее определенную вероятность.

Величина MX равна средней продолжительности жизни (среднее время жизни) радиоактивного изотопа. Действительно, суммарная продолжительность жизни dN ядер равна t dN |= tXNdt. Средняя продолжительность жизни (т) всех первоначально существовавших ядер

Характеристикой устойчивости ядер относительно распада служит период полураспада Та. Так называется время, в течение которого первоначальное количество ядер данного радиоактивного вещества уменьшается наполовину (рис. 3.4.4). Связь X и 7″ ½.

Естественная радиоактивность наблюдается у ядер атомов химических элементов, расположенных за свинцом в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Естественная радиоактивность легких и средних ядер наблюдается лишь у ядер^К, 5? Rb, 49^In, ,

При радиоактивном распаде ядер выполняется закон сохранения электрического заряда

где Z_sie — заряд материнского ядра; Z_{e — заряды ядер и частиц, возникших в результате радиоактивного распада. Этот закон применяется при исследовании всех ядерных реакций.

Правило сохранения массовых чисел при явлениях естественной радиоактивности

где А_яд — массовое число материнского ядра; Л, — массовые числа ядер или частиц, получившихся в результате радиоактивного распада.

Правила смещения (правила Фаянса и Содди) при радиоактивных распадах:

при а-распаде при Р~распаде

Здесь 2.Х — материнское ядро; Y — символ дочернего ядра;^Нс — ядро гелия; е — символическое обозначение электрона, для которого А = 0 и Z=-.

Естественно-радиоактивные ядра образуют три радиоактивных семейства, называемых семейством урана («*U), семейством тория (²ц²₀ТЬ) и семейством актиния (²^Ас). Свои названия они получили по «родоначальнику» — долгоживущему изотопу с наибольшим периодом полураспада. Все семейства после цепочки аи p-распадов заканчиваются на устойчивых ядрах изотопов свинца —^РЬ, ^РЬ и ²°²РЬ. Семейство нептуния, начинающееся от трансуранового элемента нептуния ²*²Np, получено искусственным путем и заканчивается на ²™ Bi.